能源互联网环境下的输电线路绝缘子在线检测方法综述

陈星宇，杨 剑，刘浩春，章佳莹

（1.国网浙江义乌市供电公司，浙江 义乌 322000；2.国网浙江丽水供电公司，浙江 丽水 323000；3.国网浙江绍兴供电公司，浙江 绍兴 312000）

0 引 言

目前，我国的电力系统仍是由发、输、变、配以及用电等环节构成[1]。在智能电网建设中，保障输电线路的可靠性尤为重要。绝缘子在输电线路中大量存在，并起到电气绝缘及机械支撑的关键作用，同时其污秽、裂纹以及破损等故障对电网的安全稳定运行危害极大。因此，运用人工智能技术，进行绝缘子表面智能检测，快速及时有效地诊断出故障对电网安全稳定运行起到至关重要的作用。

泛在电力物联网已成为国家电网发展的新趋势，我国西电东送的基本格局势必要与电网智能化和信息化的发展紧密联系。然而，我国的特高压骨干线路不仅输电距离长，而且沿途环境恶劣[2]。绝缘子犹如输电线路之骨架，保证了整个电网的电能的安全稳定输送。然而，绝缘子挂网运行后，由于长期暴露于风吹日晒和雨雪等恶劣环境下，其电气与机械性能下降，从而产生故障，大大增加了电力系统事故发生的概率，甚至给人们的生产生活造成不可挽回的损失。

本文结合国内外研究现状，对现有的绝缘子检测技术进行原理上的剖析和比较，结合能源互联网发展的大趋势，提出智能化环境下的绝缘子综合检测系统的思路，为电网的检修与调控增加了智能化的技术手段。

1 现状分析

由于长期经受高压、风吹日晒、温度变化以及雨雪等外界因素的作用，高压输电线路上的绝缘子可能出现各种故障，如老化问题、污闪问题、雷击网络以及零值绝缘子等[3]。因而，可以根据绝缘子表面的温度、放电情况及破损情况进行判断，检测出不同类型的故障。下面介绍3种常规的检测方法，对绝缘子不同类型的缺陷状况与检测方法的应用前景进行分析与对比。

1.1 绝缘子破损及超声波检测法

一般情况下，绝缘子的破损是指其内外受到损坏，如气泡、裂纹以及夹渣等状况。一旦出现类似状况，就可能产生裂化，导致其断裂。图1为绝缘子超声波检测原理，该检测方法运用超声波在不同介质中的物理性能，对绝缘子存在的物理缺陷进行检测。

图1 绝缘子超声波检测原理

1.2 绝缘子低阻值检测法

长期运行下，绝缘子串会存在失效的状况，影响其等效电阻，使电阻减小，因此需要针对低阻绝缘子开展有效检测。

1.2.1 绝缘子电阻测定法

由于存在缺陷的绝缘子的电阻值会出现很大程度的降低，因此绝缘子的缺陷可以通过检测电阻的大小来实现，电阻法是应用最广泛的方法。

1.2.2 电场测量法

正常情况下，运行中绝缘子的场强和电势沿绝缘子轴向的变化曲线是光滑的。当导通性出现问题时，绝缘子周围的场强分布就会发生变化，其分布曲线也产生变化。通过对比分析可以准确定位电场畸变，从而达到检测目的。

电场分布测量法如图2所示。正常绝缘子场强和电势的曲线是光滑的，如曲线A所示，当出现导通性故障时，故障处电位变为一固定值，场强降低，如图2黑色区域所示。此时，电场分布曲线如曲线B所示，产生畸变。合成绝缘子串场强分布可以准确地判断绝缘子内导通缺陷。

图2 电场分布测量法示意图

1.2.3 红外热像仪法

一般情况下，物体温度不同，其辐射的红外强度也不同。红外热像仪正是利用这种原理实现绝缘子各部位实际温度的测量，从而辨别缺陷区域。该方法具有较强的抗干扰能力，且可以带电测量，但是成本高，对玻璃绝缘子或瓷绝缘子检测效果不明显。

1.3 电晕放电的紫外成像法

电晕是判断绝缘子老化的重要依据。同时，电晕的过程可以辐射大量紫外线。根据这一原理，紫外成像仪法便可用于潮湿阴雨的天气中，从而判断电晕，检测绝缘子表面缺陷。

紫外检测法可以带电作业，同时其监测状态下的设备运行情况也不会发生改变，因此使用该方法检测不用对其直接接触，具有时效性和高效性等优点，可用于在局部放电的情况下进行规模化的定期区域性巡检，但是该方法只能在阴雨天气进行，而且检测成本较高。

2 能源互联网环境下绝缘子在线智能检测

2.1 绝缘子污秽在线监测系统

目前，无人机巡线技术得到广泛应用，它主要结合了紫外成像法等非电类方法。通过无人机作为运载工具，结合多种检测方法进行综合判断，同时采用传统定位手段对故障绝缘子准确定位。在基于智能电网的环境下，综合无人机巡检系统逐步受到人们关注。

输电线路的安全防护措施也需要高度重视。因此需要建立以单片机（或DSP）为中心控制单元的杆塔线路综合在线检测系统，用以对杆塔的短路电流进行判断检测，保障输电工人的人生安全。该系统需要通信系统将检测结果发往控制中心，可以及时有效地对综合输电线路进行综合评价。

当前，基于绝缘状态的特征量在线检测技术也日趋成熟，很多地区已经投入运行，并且取得了很大的成功。

陕西某公司运用无线通信网络研制出了一种基于GPRS的绝缘子远距离在线监测系统，如图3所示。通过对系统化的通信网络进行无线切分，实现了在智能电网环境下远距离监控与遥感测量绝缘子的状态。

图3 绝缘子污秽在线监测系统

要实现智能电网环境下综合检测系统的发展，首先应重点考虑统一接口的规模化生产，其次需要选取合适的特征量作为检测的特征量，避免高速数据采集，最后可以根据不同地方的特点有选择性地架入通信网络，减小运行成本。

2.2 便携式绝缘子在线检测系统的提出

上述检测方法虽可以在线检测，但仅仅只是单方面的集中测量，若要全面精准测出绝缘子的故障和状况，需要更综合的在线检测手段。为此本文提出了便携式在线检测系统的设计方案，在节约成本的前提下丰富其检测功能，基本设计框架如图4所示。

图4 便携式在线检测系统的总体框图

由图4可见，该系统主要包括网络化在线检测模块和便携式检测模块两个模块。其中，网络化在线检测模块通过低成本的图像传输模块，实现零值绝缘子的在线检测，同时也实现了线路总体的在线监测。便携式检测模块通过物理学检测系统做成便携式配置，实现绝缘子物理状态和故障以及表面污秽度的测量。这种便携装置可以作为无人机的载体开展输电线路巡检，通过现场测量全面分析线路绝缘子的状况。

便携式绝缘子在线检测系统方案的提出，为综合分析绝缘子的绝缘状态提供了技术支持，也满足了不同检测系统灵活匹配的需求，从而节约了检测成本，充分发挥系统各配置的性能优势，达到在智能电网环境下检测网络化和系统化的目的。

3 结 论

输电线路绝缘子故障的有效检测对电网的安全运行起到至关重要的作用，只有及时有效地发现并消除绝缘子缺陷，才能保证输电线路的安全运行。本文通过对线路绝缘子在线和带电检测方法对比分析，提出绝缘子污秽在线监测系统和便携式在线检测系统的概念，给出了总体设计思路。所提出的各类检测手段都能够通过人工智能的方法实现在线网络化测量，对于能源互联网环境下综合评价线路绝缘子的绝缘状况有很大的参考作用。

随着泛在电力物联网建设进一步深化，利用综合无人机系统和智能飞行机器人等手段对输电线路进行智能巡检将得到更广泛的应用。由于能源互联网发展的特殊性，智能化和集成化的检测与终端通信的水平要求需要进一步提高，也需要进一步提高各类智能设备的识别率与实时同步率。